Histoire du nucléaire
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Histoire du nucléaire Les découvertes fondamentales (avant 1939) Pierre et Marie Curie aux origines de l'énergie nucléaire La genèse de l'énergie nucléaire (1939-1945) Le premier réacteur et la première bombe La maturité de l'énergie nucléaire (1945-1975) Le développement des filières Heurts et malheurs de l'énergie nucléaire Radioprotection, accidents, et prolifération… Les perspectives du nucléaire au XXI° siècle
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Histoire du nucléaire
Les découvertes fondamentales (avant 1939)
Pierre et Marie Curie aux origines de l'énergie nucléaire
La genèse de l'énergie nucléaire (1939-1945)
Le premier réacteur et la première bombe
La maturité de l'énergie nucléaire (1945-1975)
Le développement des filières
Heurts et malheurs de l'énergie nucléaire
Radioprotection, accidents, et prolifération…
Les perspectives du nucléaire au XXI° siècle
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Les découvertes fondamentales (avant 1939)
Les premiers modèles de la structure atomique : grecs et romains
Les travaux précurseurs : John DALTON et Dmitri MENDELEÏEV
La découverte des rayons X par RÖNTGEN
La découverte de la radioactivité par Henri BECQUEREL
Les premiers compléments au tableau des éléments
L’apport essentiel des chimistes : Pierre et Marie CURIE
La relativité et l’énergie de masse… E = mc2 : Albert EINSTEIN
L’image de l’atome se précise peu à peu : E. RUTHERFORD et N. BOHR
Enfin le neutron vint… et James CHADWICK !
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Les premiers modèles de structure atomique : grecs et romains
La matière apparaît comme continue et « lisse »… pour l’époque !
DEMOCRITE (IV° siècle avant J-C) avance la première hypothèse de discontinuité
EPICURE (341-270 avant J-C) reprend ce modèle,
LUCRECE (98-55 avant Jésus-Christ) Les atomes sont éternels et immuables…
mais ces associations d’atomes peuvent se faire, et se défaire…
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Les travaux précurseurs : John DALTON et Dmitri MENDELEÏEV
Les chimistes du XIX° siècle reprennent la thèse atomique :
John DALTON et les proportions stœchiométriques
GAY-LUSSAC : « proportions simples » et reprend les études de nombreux chimistes
Dmitri MENDELEÏEV classe les éléments selon leurs propriétés chimiques
Sans le savoir vraiment, il sépare les propriétés associées aux électrons (liaisons chimiques), et les propriétés associées à la masse : le noyau est encore mal compris.
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La découverte des rayons X par RÖNTGEN : le siècle de l’électricité
Les rayons cathodiques émis par un tube de CROOKES interagissent avec les parois en verre et produisent des rayons notés X
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Wilhelm RÖNTGEN découvre en 1895 que ces rayons traversent certains matériaux, impressionnent des plaques photos et révèlent les structures internes des objets opaques : ces rayons sont-ils naturels ou artificiels ?
La main de Martha RÖNTGEN (1895)…
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La découverte de la radioactivité par Henri BECQUEREL (1896)
Fils et petit fils de chercheurs en physique, Henri BECQUEREL s’intéresse au phénomène de phosphorescence…
La phosphorescence consiste en l’observation d’émission lumineuse de certains minerais naturels exposés à la lumière du soleil… quand il y en a !
Becquerel dans son laboratoire
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Le mathématicien Henri POINCARE, qui travaille déjà sur la relativité, lui suggère d’exposer ces sels au soleil et de vérifier s’ils émettent aussi des rayons X en illuminant une plaque photographique protégée par son papier opaque…
Une plaque, oubliée dans un tiroir, à côté d’un échantillon de sels doubles de potassium et d’Uranium l’impressionne sans même que l’échantillon ait été exposé au soleil…
1° mars 1896, la curiosité scientifique fait le reste…
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Les premiers compléments au tableau des éléments
La plaque photo est dans son papier opaque à la lumière, donc protégée…
Le minerai a été déposé sur le papier, et une croix en cuivre intercalée…
Les rayons émis par les minerais (non exposés à la lumière soleil) donc non excités, ne peuvent pas être associés à la phosphorescence
Ces rayons ne sont pas visibles, ne sont pas produits par une excitation et sont donc d’une autre nature que les rayons X : on parlera de radioactivité
Becquerel reçoit le prix Nobel en 1903
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Les éléments naturels, toujours classés par leur propriétés chimiques par MENDELEÏEV, sont ainsi progressivement découverts, mais également selon leurs propriétés physiques, comme l’Hélium, dont les raies d’émission lumineuses sont d’abord découvertes en 1814 dans le spectre du soleil par Joseph FRAUNHOFER, avant de le trouver dans des inclusions de roches magmatiques.
L’apport essentiel des chimistes : Pierre et Marie CURIE
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Marie SKLODOWSKA-CURIE travaille avec son mari, le professeur Pierre CURIE, sur la chimie des minerais phosphorescents
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Ils découvrent que la pechblende de Bohème (oxyde d’uranyle) et la chalcolite (phosphate de cuivre et d’uranyle) sont plus actifs que l’uranium métallique.
Marie CURIE recherche donc des traces d’autres éléments dans ces minerais. Elle découvre alors le Radium (88Ra)et le Polonium (84Po)
Dans le même temps, Carl SCHMIDT découvre également la radioactivité des minerais naturels de Thorium
Pierre CURIE reçoit le prix Nobel de physique en 1903 Marie CURIE reçoit celui de chimie la même année (puis de physique en 1911 !)
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La relativité et l’énergie de masse… E = mc2 : Albert EINSTEIN
Albert EINSTEIN publie en 1905 une théorie sur le couplage intime de l’espace et du temps, mais surtout une équivalence entre masse et énergie. Cette relation célèbre permettra d’appréhender l’origine de l’énergie nucléaire.
La relativité généralisée viendra plus tard, et ses premiers travaux lui vaudront le prix Nobel en 1923.
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Il faut bien souligner qu’EINSTEIN n’est pas le père de la bombe atomique, mais sa formule permettra de quantifier les réactions nucléaires et de confirmer les modèles physiques
Photo de SZILARD et EINSTEIN rédigeant la lettre au président ROOSEVELT pour démarrer le projet MANHATTAN et la construction de la bombe atomique
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L’image de l’atome se précise peu à peu : RUTHERFORD et BOHR
Les particules émises sont chargées et les rayonnements gamma facilement détectés par les conséquences de leur passage dans la matière sont finement étudiés
Les premières lois se précisent :
Frederick SODDY (prix NOBEL de chimie en 1921) précise les lois de conservation et les filiations, c'est-à-dire les passages entre éléments du tableau des éléments. Il découvre l’isotopie grâce au spectromètre de masse conçu vers 1910 par Frédéric ASTON, qui recense à l’époque 212 isotopes (on en connait actuellement plusieurs milliers).
Ernest RUTHERFORD s’intéresse au trajet des particules α dans la matière et met en évidence le caractère chargé et très compact du noyau : l’atome est essentiellement constitué de vide ! Un très petit noyau central de quelques dizaines de fermis occupe un volume de l’ordre de l’angström dans lequel gravite des électrons compensant la charge positive du noyau : prix NOBEL en 1908 !
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Les écoles anglaises et danoises construisent un nouveau modèle de l’atome et du noyau
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1919, RUTHERFORD transmute l'Azote en Oxygène N (α, p) O
Bombardement de particules α chargées Cible contenant de l'azote
Enceinte sous vide
Lame métallique très fine
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Niels BOHR (prix NOBEL 1922) développe le modèle de l’atome comme un petit système solaire, ce qui permet de quantifier, justifier et même prévoir les liaisons
interatomiques, les propriétés chimiques, mais laisse encore mal compris le noyau.
La physique quantique, développée par ailleurs, viendra compléter ce modèle
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Le neutron avancé par RUTHERFORD pour expliquer la masse du noyau
A l’époque le modèle du noyau est le suivant : Z électrons gravitent autour d’un noyau de charge Z : l’ensemble est neutre, mais la masse A du noyau est évidemment difficile à comprendre
En 1920, E. RUTHERFORD propose que le noyau soit composé de A protons dont A-Z sont appariés à des électrons de manière à ne laisser qu’une charge Z. Ces paires proton-électron sont des objets neutres, mais il reste difficile de justifier ce double rôle des électrons dans l’atome.
RUTHERFORD avance alors l’idée du « neutron »… un proton neutre.
Et le neutron vint … avec James CHADWICK !
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1932 : "naissance" du neutron 9Be (α, n) 12C.
La même année Werner HEISENBERG (prix Nobel de physique 1932 pour ses travaux en mécanique quantique) précise le modèle du noyau neutrons-protons que nous connaissons aujourd’hui. Entretemps, par des bombardements de noyaux légers ou lourds par des particules chargées, on découvrira de nouveaux isotopes artificiels, voire même de nouveaux éléments plus tard (SEABORG et le plutonium).
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Irène JOLIOT-CURIE et Frédéric JOLIOT fabriquent en 1934 des isotopes artificiels par bombardement d’aluminium 27 par des particules α. On obtient ainsi un phosphore 30 radioactif (période quelques minutes). Encore un prix NOBEL de chimie en 1935 !
Et ensuite l'aventure nucléaire continue…
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Les physiciens disposent donc d'une nouvelle particule : le neutron
Les recherches qui vont alors suivre dès 1934 vont conduire aux applications connues actuellement : énergie et arme
Les conséquences de la radioactivité commencent également à être étudiées
Les premières maladies sont observées par BECQUEREL (brulures, mains)
Des applications médicales sont également découvertes
Il reste encore à étudier les interactions qui régissent ces particules, découvrir (1954) et comprendre les différents neutrinos qui sont évoqués pour justifier les bilans d’énergie des désintégrations β !
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